兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其是兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料及其制备方法和应用，是将等离子体处理的芳纶织物浸渍于ZIF‑67溶液，超声浸渍并烘干后得到的ZIF‑67改性吸波织物，浸渍于MXene溶液中，经超声波清洗机处理后烘干得到，通过浸渍工艺制备了ZIF‑67/MXene复合改性的吸波织物，并以柔性纺织品芳纶织物为基底，实现了ZIF‑67和MXene有效复合，该复合材料具有柔性、可折叠、轻质的特点，并且通过优化织物的阻抗匹配，提高了复合材料的吸波性能。

说明书

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其是兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术

电磁波的污染已成为了21世纪继空气污染、水污染、光污染之后的又一大污染源头，不仅会影响精密仪器的运行还会威胁人类的身体健康。除此之外，随着精确制导武器的深入发展，可穿戴隐身材料已成为各国军备的重点研究项目，所以，开发纺织复合吸波材料对电磁防护材料的性能提升和国防安全具有重要意义和应用价值。

雷达隐身技术的核心关键在于电磁波吸收材料，雷达隐身技术，能够有效地衰减电磁辐射。现有电磁波吸收材料可能存在阻抗匹配较差、有效吸收带宽较窄、吸波材料厚度较大等导致材料的吸波性能较差，电磁波材料首先应具有较好的吸波性能，能够有效地吸收入射的电磁波。从而减少或消除射、透射和漏泄等问题；其次电磁波材料应具备较宽的有效吸收带宽，能够在不同频段的电磁波中表现出稳定的吸波性能，能够应对多种不同的电磁波信号；吸波材料的稳定性和耐久性要好，电磁波材料应具有较好的稳定性能，能够在不同的环境条件下维持其吸波性能，如温度、湿度、腐蚀性，并且能够在长期使用中保持其吸波性能，避免材料老化、破损、裂缝等问题。

CN 102821589B公开了一种吸波材料，包括至少一个材料片层，每个材料片层包括三层基板，基板由上而下分别为第一基板、第二基板和第三基板，每层基板包括至少一个基板单元，每个基板单元的上表面附着有金属微结构；在第一基板的基板单元的上表面附着的金属微结构为尺寸不全相同的多个空心环形结构，其中尺寸相同的空心环形结构呈圆形阵列排布；在第二基板的基板单元的上表面附着的金属微结构为开口环形结构且开口环的两端分别向内旋绕形成两个互不相交的螺旋结构；在第三基板的基板单元的上表面附着的金属微结构与第二基板的基板单元上附着的金属微结构互补。具有上述结构的吸波材料在低频段具有较好的吸波性能。

现代化军事领域，隐形战斗机能够避开雷达监测的所带来的先手能力和威慑力，也提醒各国重视电磁吸波的研发工作，制备优异的电磁吸收材料，上述专利采用刚性基材，并不能够制备军民用柔性吸波材料，纺织材料具有低密度、轻柔多孔、形状结构变化灵活以及承重好等优势，成为制备柔性吸波材料的理想基体。兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，成为军民用柔性吸波材料的首选，但其较弱的吸波强度无法满足战场环境对隐身材料的要求。吸波织物对于料对电磁防护材料的性能提升和国防安全具有重要的应用价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，提供了兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料及其制备方法和应用，通过浸渍工艺制备了ZIF-67/MXene复合改性的吸波织物，并以柔性纺织品芳纶织物为基底，实现了ZIF-67和MXene有效复合，该复合材料具有柔性、可折叠、轻质的特点，并且通过优化织物的阻抗匹配，提高了复合材料的吸波性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，是将等离子体处理的芳纶织物浸渍于ZIF-67溶液，超声浸渍并烘干后得到的ZIF-67改性吸波织物，浸渍于MXene溶液中，经超声波清洗机处理后烘干得到。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其可随意折叠弯曲，克重在120-350g/cm

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其厚度为2.0mm。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，所述MXene质量浓度为2mL/mg的MXene。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其电磁波频率为9.376GHz时为最佳反射损耗值，达到为-20.10dB。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，可以通过调节浸渍MXene溶液的次数，反射损耗达到有效吸收的频带可以达到4.5-12.4GHz范围内。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

(1)、利用真空等离子体表面处理系统对芳纶织物进行等离子体处理；

(2)、用量筒量取10-12mL的无水甲醇，分析天平称取0.3-0.5g的Co(NO3)2·6H2O，溶于无水甲醇中，用磁力搅拌器搅拌20-40min使固体溶解；

(3)、用量筒量取10-12mL的无水甲醇，称取0.5-0.7g的二甲基咪唑，将其溶解在无水甲醇中，用磁力搅拌器快速搅拌20-40min使固体溶解；

(4)、将二甲基咪唑的甲醇溶液缓慢加入到Co(NO

(5)、将芳纶织物浸渍在搅拌后的ZIF-67溶液中，超声浸渍3-4h，制备ZIF-67改性过的吸波织物，将浸渍好的织物在烘干箱中进行烘干；

(6)、将上述浸渍过ZIF-67溶液并且烘干好的芳纶织物浸渍在MXene溶液中，并用超声波清洗机处理10-20min，然后放入烘干箱烘干1-2h，得到兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料。

兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的应用，应用于现代化军事设备，尤其是隐形战斗机的电磁吸波。

本发明兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料及其制备方法和应用的有益效果是，通过浸渍工艺制备了ZIF-67/MXene复合改性的吸波织物，并以柔性纺织品芳纶织物为基底，实现了ZIF-67和MXene有效复合，测试了样品的吸波性能，最终成功制备了由ZIF-67/MXene改性的芳纶吸波织物，该复合材料具有柔性、可折叠、轻质的特点，并且通过优化织物的阻抗匹配，提高了复合材料的吸波性能。

通过液相扩散法制备ZIF-67溶液，此方法操作较为简单，但是需要掌握搅拌和静置时间，成功制备了由ZIF-67/MXene改性的芳纶吸波织物。浸渍原位生长的简单环保方式。使ZIF-67和MXene溶液与芳纶织物进行复合，并且测试其电磁波吸收性能。所制备的吸波织物具有较好的吸波性能，用2mL/mg的MXene浸渍3次并且烘干后的样品，其电磁波频率为9.376GHz时为最佳反射损耗值，达到为-20.10dB，此时的吸波材料厚度为2.0mm，吸波效率虽低，与理想制备的轻质并且高效的电磁吸波材料存在一定的差距，但是厚度较薄，可以说具备一定的应用价值。此外，可以看到可以通过调节浸渍MXene溶液的次数，反射损耗达到有效吸收的频带可以达到4.5-12.4GHz范围内。因此，可通过调节浸渍MXene溶液的次数达到各个频带的有效吸收，应用于更高更广的环境。

附图说明

图1为原芳纶织物、MXene、负载ZIF-67以及ZIF-67/MXene原芳纶织物的微观形态SEM图；

图2为样品1#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图3为样品2#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图4为样品3#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图5为样品4#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图6为样品5#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图7为样品6#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线；

图8为样品7#反射损耗RL曲线与阻抗匹配曲线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做详细说明。

兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，是将等离子体处理的芳纶织物浸渍于ZIF-67溶液，超声浸渍并烘干后得到的ZIF-67改性吸波织物，浸渍于MXene溶液中，经超声波清洗机处理后烘干得到。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其可随意折叠弯曲，克重在120-350g/cm

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其厚度为2.0mm。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，所述MXene质量浓度为2mL/mg的MXene。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，其电磁波频率为9.376GHz时为最佳反射损耗值，达到为-20.10dB。

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料，可以通过调节浸渍MXene溶液的次数，反射损耗达到有效吸收的频带可以达到4.5-12.4GHz范围内。

实施例1

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

(1)、利用真空等离子体表面处理系统对芳纶织物进行等离子体处理；

(2)、用量筒量取10mL的无水甲醇，分析天平称取0.3g的Co(NO3)2·6H2O，溶于无水甲醇中，用磁力搅拌器搅拌20min使固体溶解；

(3)、用量筒量取10mL的无水甲醇，称取0.5g的二甲基咪唑，将其溶解在无水甲醇中，用磁力搅拌器快速搅拌20min使固体溶解；

(4)、将二甲基咪唑的甲醇溶液缓慢加入到Co(NO

(5)、将芳纶织物浸渍在搅拌后的ZIF-67溶液中，超声浸渍3h，制备ZIF-67改性过的吸波织物，将浸渍好的织物在烘干箱中进行烘干；

(6)、将上述浸渍过ZIF-67溶液并且烘干好的芳纶织物浸渍在MXene溶液中，并用超声波清洗机处理10min，然后放入烘干箱烘干1h，得到兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料。

实施例2

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，其不同之处在于：上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

(1)、利用真空等离子体表面处理系统对芳纶织物进行等离子体处理；

(2)、用量筒量取11mL的无水甲醇，分析天平称取0.4g的Co(NO3)2·6H2O，溶于无水甲醇中，用磁力搅拌器搅拌30min使固体溶解；

(3)、用量筒量取11mL的无水甲醇，称取0.6g的二甲基咪唑，将其溶解在无水甲醇中，用磁力搅拌器快速搅拌30min使固体溶解；

(4)、将二甲基咪唑的甲醇溶液缓慢加入到Co(NO

(5)、将芳纶织物浸渍在搅拌后的ZIF-67溶液中，超声浸渍3.5h，制备ZIF-67改性过的吸波织物，将浸渍好的织物在烘干箱中进行烘干；

(6)、将上述浸渍过ZIF-67溶液并且烘干好的芳纶织物浸渍在MXene溶液中，并用超声波清洗机处理15min，然后放入烘干箱烘干1.5h，得到兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料。

实施例3

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，其不同之处在于：上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

上述的兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的其制备方法，包括如下步骤：

(1)、利用真空等离子体表面处理系统对芳纶织物进行等离子体处理；

(2)、用量筒量取12mL的无水甲醇，分析天平称取0.5g的Co(NO3)2·6H2O，溶于无水甲醇中，用磁力搅拌器搅拌40min使固体溶解；

(3)、用量筒量取12mL的无水甲醇，称取0.7g的二甲基咪唑，将其溶解在无水甲醇中，用磁力搅拌器快速搅拌40min使固体溶解；

(4)、将二甲基咪唑的甲醇溶液缓慢加入到Co(NO

(5)、将芳纶织物浸渍在搅拌后的ZIF-67溶液中，超声浸渍4h，制备ZIF-67改性过的吸波织物，将浸渍好的织物在烘干箱中进行烘干；

(6)、将上述浸渍过ZIF-67溶液并且烘干好的芳纶织物浸渍在MXene溶液中，并用超声波清洗机处理20min，然后放入烘干箱烘干2h，得到兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料。

实施例4

(1)利用真空等离子体表面处理系统(Diener electronic Plasma-Surface-Technology GmbH+Co.KG,120031,Nano-AL-PCCE)对芳纶织物进行等离子体处理，使织物的亲水性得到提高。

(2)用量筒量取11.3mL的无水甲醇，分析天平称取0.35g的Co(NO3)2·6H2O，溶于11.3mL的无水甲醇中，用磁力搅拌器搅拌30min使固体溶解。

(3)用量筒量取11.3mL的无水甲醇，称取0.66g的二甲基咪唑，将其溶解在11.3mL的无水甲醇中，用磁力搅拌器快速搅拌30min使固体溶解。

(4)将二甲基咪唑的甲醇溶液缓慢加入到Co(NO

(5)裁剪7块等大小的芳纶织物布样，将6块芳纶织物浸渍在搅拌后的ZIF-67溶液中，超声浸渍3h，制备ZIF-67改性过的吸波织物，将浸渍好的织物在烘干箱中进行烘干。另一块作为只浸渍MXene的织物对照。

(6)将上述5块浸渍过ZIF-67溶液并且烘干好的芳纶织物分别浸渍在2mg/mL的MXene溶液中分别浸渍1、2、3、4、5次，每次用超声波清洗机处理10min，每次处理完都需要放入烘干箱烘干1h，分别编号3#、4#、5#、6#、7#。其中，将原芳纶织物直接浸渍在MXene溶液中一次，超声波清洗机处理10min并且烘干，编号2#该样作对照组，其中只浸渍ZIF-67溶液的编号为1#。经过以上实验，可以得到7块布样，分别是：1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#。

微观结构表征

图1分别为原芳纶织物、MXene、负载ZIF-67以及ZIF-67/MXene原芳纶织物的微观形态SEM图。观察到经过改性处理后织物可以仍然保持纤维原状，由SEM微观形貌可以看出ZIF-67微粒负载到织物纤维表面的微观形态，这种形貌有利于增加电磁波在材料中的传播途径和优化阻抗匹配，从而使织物的吸波性能得到一定程度的提高。

吸波性能

利用矢量网络分析仪在波导法下测试织物的电磁参数，将制得的复合织物剪裁成25mm×40mm夹入8.2-12.4GHz的波导夹具中，通测试其在X波段的电磁参数，进一步通过电磁参数计算改性织物的吸波性能。

复磁导率，在8.2-12.4GHz的频率范围内，5种样品的都有相似的趋势，这说明了它们的电磁存储能力几乎相似。由于Ti

如图2所示，该样品为单一浸渍ZIF-67溶液的芳纶织物，可以看出，其反射损耗均为-10dB以上，均未达到有效吸收，证明单一ZIF-67溶液改性无法达到制备改性吸波织物的要求。

如图3所示，该样品为单一浸渍MXene溶液的芳纶织物，可以看出，其反射损耗仅仅在厚度为1mm，频率为10.89GHz时，其反射损耗最低达到-12.34dB，证明单一MXene溶液改性优于单一ZIF-67溶液改性，但仍然无法达到制备改性吸波织物的要求。

如图4所示，该样品为ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物(样品3#)，随着样品随频率变化的RL和特性阻抗Z的变化情况。可以看出，RL表示复合材料对微波的反射损耗，其值越小表示材料对微波的吸收能力越强。特性阻抗Z则是一个综合材料介电常数和磁导率的参数。从图中可以看出，在频率范围内，当样品厚度为5.5mm时，复合材料的RL值较低，特性阻抗Z也相对较大，这表明复合材料在这个厚度下具有较好的吸波性能。证明制备的ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物的吸波性能比单一MXene溶液改性或者单一ZIF-67溶液改性的织物的吸波性能好一些。

如图5所示，该样品为ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物(样品4#)，可以看出，其反射损耗在厚度为2mm，频率为8.87GHz时，其反射损耗最低达到-15.65dB，证明随着MXene浸渍次数的增加，其反射损耗的吸收宽带增加，吸波性能进一步的提升，从图中可以看出，厚度为2mm和1.5mm时，其阻抗匹配能够在围绕着1附近上下波动，能够基本达到复合材料优异的吸波特性。因此，制备的该种复合吸波织物可以基本达到制备改性吸波织物的要求。

如图6所示，该样品为ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物(5#)，可以看出，其反射损耗在厚度为2mm，频率为9.26GHz时，其反射损耗最低达到-21.34dB，证明随着MXene浸渍次数的增加，其最佳反射损耗的数值降低，并且有效吸收带宽达到3.7GHz，吸波性能进一步得到提升，与样品4#相同的是，厚度为2mm和1.5mm时，其阻抗匹配能够在围绕着1附近上下波动，能够基本达到复合材料优异的吸波特性。因此，制备的该种复合吸波织物可以基本达到制备改性吸波织物的要求。

如图7所示，该样品为ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物(6#)，可以看出，其反射损耗在厚度为5.5mm，频率为10.76GHz时，其反射损耗最低达到-14.96dB，证明随着MXene浸渍次数的增加，其有效吸收带宽和最低反射损耗并没有提高，反而降低，厚度为2.5mm和1.5mm时，其阻抗匹配基本在围绕着1附近上下波动。因此，制备的该种复合吸波织物可以基本达到制备改性吸波织物的要求。

如图8所示，该样品为ZIF-67/MXene复合改性的吸波芳纶织物(7#)，可以看出，其反射损耗在厚度为2.5mm时，其有效吸收带宽相对较宽，可以达到1.24GHz证明随着MXene浸渍次数的增加，其有效吸收带宽和最低反射损耗变差，因此，复合电磁波吸波织物的吸波性能并不是随着浸渍MXene溶液的次数增加而变得更加优越。

复合材料的优异吸波性能主要是由以下因素决定的：首先，ZIF-67和MXene具有较高的介电常数和磁导率，这使得它们能够有效地吸收和散射微波信号，在微波频率范围内引起较强的介电损耗和磁损耗。其次，层状结构和界面相互作用引起了多次反射和散射，避免了微波信号通过材料的传输，从而提高了材料的吸波性能。此外，ZIF-67和MXene之间的界面极化现象也有助于材料的吸波性能。综上所述，制备的ZIF-67与MXene复合吸波织物具有较好的吸波性能，可以满足改性吸波织物的应用要求。

本申请通过浸渍工艺制备了ZIF-67/MXene复合改性的吸波织物，并以柔性纺织品芳纶织物为基底，实现了ZIF-67和MXene有效复合，测试了样品的吸波性能，最终成功制备了由ZIF-67/MXene改性的芳纶吸波织物，该复合材料具有柔性、可折叠、轻质的特点，并且通过优化织物的阻抗匹配，提高了复合材料的吸波性能。

通过液相扩散法制备ZIF-67溶液，此方法操作较为简单，但是需要掌握搅拌和静置时间，成功制备了由ZIF-67/MXene改性的芳纶吸波织物。浸渍原位生长的简单环保方式。使ZIF-67和MXene溶液与芳纶织物进行复合，并且测试其电磁波吸收性能。所制备的吸波织物具有较好的吸波性能，其中只浸渍ZIF-67的样品织物具有最差的吸波损耗效果，最大反射损耗值也未达到有效吸收。这也在侧面反映了单一的MXene和ZIF-67吸波性能较差。而制备的ZIF-67与MXene复合的吸波织物相比单一的MXene和ZIF-67的制备的吸波织物性能均有所提高，用2mL/mg的MXene浸渍3次并且烘干后的样品，其电磁波频率为9.376GHz时为最佳反射损耗值，达到为-20.10dB，此时的吸波材料厚度为2.0mm，吸波效率虽低，与理想制备的轻质并且高效的电磁吸波材料存在一定的差距，但是厚度较薄，可以说具备一定的应用价值。此外，可以看到可以通过调节浸渍MXene溶液的次数，反射损耗达到有效吸收的频带可以达到4.5-12.4GHz范围内。因此，可通过调节浸渍MXene溶液的次数达到各个频带的有效吸收，应用于更高更广的环境。

实施例8

兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料的应用，兼具电磁波吸收特性和柔性的纺织基吸波材料具有柔性、可折叠、轻质的特点，并且通过优化织物的阻抗匹配，提高了复合材料的吸波性能。可应用于现代化军事设备，尤其是隐形战斗机的电磁吸波。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不局限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。